赵志丹岩石地球化学6-同位素定年

N=N0
λt e
120 No 100 D =N (1 -e o
* - t
同位素衰变的基本公式，
N或 D 的 原子数
表明原子数为N0的放 射性同位素，经时间t 时间后残存的母体原 子数
)
80
*
60
N= N0 N与t为指数函数。
e-λt，
40 N=N e o Do=0 0 0 1 2 3
- t
20
4
时间/ 以半衰期为单位
式中： D/DS代表样品现今的同位素原子数比值，用质谱测定； (D/DS) 0是样品初始同位素原子数比值； N/DS是母体同位素与参照同位素原子数比值，一般用同位素稀释法计算 获得； λ是衰变常数，表示单位时间内发生衰变的原子数或者摩尔数比例(a-1).
N t D D e 1 Ds Ds 0 Ds
放射性成因同位素2个基本用途
A. 确定地质体的年龄 ——称为同位素地质年代学 Isotopic geochronology B. 探讨岩石成因 ——称为同位素地质学/地球化学
Isotope geology / Isotope geochemistry
同位素地球化学及其研究思路
同位素地球化学——
同位素地球化学是研究地球及其他星
参考书介绍
Dickin Alan P. 1995. Radiogenic isotope geology. Cambridge University Press. pp.452
1.Nucleosynthesis and nuclear decay 2.Experimental techniques 3. The Rb-Sr method 4. The Sm-Nd method 5. Lead isotopes 6. Isotope geochemistry of oceanic volcanics 7. Isotope geochemistry of continental rocks 8. The Re-Os systems 9. Special isotopic schemes (Lu-Hf, La-Ce) 10. K-Ar and Ar-Ar dating
为地球科学从定性到定量的发展作出
了重要贡献，在解决地球科学重大基础问 题研究上发挥了重要作用。
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第三节、放射性同位素数据处理与解释
一、同位素地质年代学 Rb-Sr，Sm-Nd，U-Pb, Re-Os, Lu-Hf 二、同位素地球化学 Rb-Sr，Sm-Nd，Pb, Re-Os, Lu-Hf
(Z：原子序数；A：原子量；ν：中微子；E：能量) 衰变后核内减少一个中子，增加1个质子，新核的质量数不变，核电荷 数加1，变为周期表右侧的相邻元素。如：上述的8737Rb→8738Sr 衰变前后原子核的总质量不变，因此8737Rb与8738Sr又被称为同量异位 素
Rb，37号元素，有2个天然同位素，
第三章、岩石地球化学数据的处理与解释
第一节、主量元素数据处理与解释
第二节、微量元素数据处理与解释
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释
第四节、稳定同位素数据处理与解释
参考书推荐：关于同位素
1. DePaolo D. J. 1988. Neodymium isotope geochemistry: An introduction. Springer-Verlag, Germany, pp187 2. Faure G. 1986. Principles of isotope geology (2nd edition), John Wiley & Sons, pp589 3. Dickin Alan P. 1995. Radiogenic isotope geology. Cambridge University Press. Pp452 4. Hoefs J. 2001. Stable isotope geochemistry (4th edition). Springer Verlag, Berlin 5. Ozima M, Podosek F A. 2002. Noble gas geochemistry (2nd edition), Cambridge Press 6. Faure G. 2001. Origin of igneous rocks: the isotopic evidence, Springer. (书号360.1/F27)
参考书推荐：关于同位素
1. 郑永飞主编. 1999. 化学地球动力学，北京：科学 出版社, pp. 392 2. 郑永飞, 陈江峰(编著). 2000. 稳定同位素地球化学. 北京：科学出版社，pp.316 3. 于津生,李耀菘(主编), 1997. 中国同位素地球化学研 究.北京：科学出版社, pp. 621
87 Sr 87 Sr 86Sr 86Sr P I
87
Rb t e 1 86 Sr
87 Sr 87 Sr 86 Sr 86 Sr P I
若 t<0.1, 则 et-1 t
U→
206
Pb
U→ 2 0 7 Pb
208
Th→ K→
Pb
40 40 87 147
40
Ca
K → 4 0 Ar
87
R b→
Sr Nd
Sm→ R e→
143
187 176
187
Os
Lu→ 1 7 6 H f C→
14
14
N
5730a
Godwin， 1962
Rb-Sr法
Rb－Sr体系
Rb衰变
87 37
三、同位素数据的综合解释
衰变定律及同位素地质年代学的基本原理
1902年Rutherford通过实验发现放射性同位 素衰变不同于一般的化学反应，具有如下性质：
（1）衰变作用发生在原子核内部，反应结果由一种核素变成 另一种核素； （2）衰变自发地不断地进行，并有恒定的衰变比例； （3）衰变反应不受温度、压力、电磁场和原子核存在形式等 物理化学条件的影响； （4）衰变前和衰变后核数的原子数只是时间的函数
因此，自然界中87Sr的丰度在不断增长。而84Sr、86Sr、88Sr 只有宇宙成因的，它们的丰度基本不变。
火成岩定年
岩石或矿物中从t年前形成以来由87Rb衰变产生的87Sr子体 原子的数目通过代入一般衰变方程得到：
87
Sr SrI Rb(e 1)
87 87
t
这里87SrI是开始时存在的87Sr原子数。然而，要精确测定一给定 核素的绝对值是困难的。因此，更为方便地是将该数转化为都由 86Sr(它不由放射性衰变产生，因此随时间保持恒定)相除的同位 素比值。因此，可以得到：
85Rb（丰度72.15%）——稳定 87Rb（丰度27.85%）——放射性同位素
Sr，38号元素
有4种同位素，它们均是稳定同位素。
四者的相对丰度为：
84Sr，0.56%； 86Sr，9.86%； 87Sr，7.02%；（可以由87Rb衰变生成） 88Sr，82.56%。
其中，
87Sr＝宇宙成因＋87Rb衰变生成的放射成因的87Sr，
Rb Sr E
87 38
衰变常数值1.42×10-11y-1 (Steiger和Jager,1977)，
属于β—衰变：
原子核中一个中子分裂为一个质子和一个电子（即β—质点），β— 质点 被射出核外，同时放出中微子ν。如果以 X代表母核， Y代表子核，β衰 变的反应通式为：
A A — ZX→ Z+1Y+β +ν+E
参考书推荐：关于同位素
1. 陈文寄,彭贵 (主编). 1991, 年轻地质体系的年代测 定. 北京:地震出版社,pp. 297 2. 陈文寄,计凤桔,王非(主编). 1999.年轻地质体系的 年代测定(续)——新方法、新进展. 北京:地震出 版社, pp. 269
第三节、放射性成因同位素数据处理与解释

Байду номын сангаас

据上述方程可以求解时间t: t=1/λln{[( D/DS)- (D/DS) 0]/(N/DS)+1}
N t D D e 1 Ds Ds 0 Ds


t=1/λln{[( D/DS)- (D/DS) 0]/ （N/DS）+1}
要正确地获得岩石或矿物的年龄还必须满足以下条件： （1）选用适当的放射性同位素体系的半衰期，这样才能 积累起显著数量的子核，同时保留有未衰变的母核。 （2）准确测定衰变常数，长期实验积累已经获得了。 （3）高精度的同位素制样和质谱测定技术。 （4）测定对象处于封闭体系中，母体和子体核素只因衰 变反应而改变，不存在丢失和外部体系带入。 目前在地球科学研究中对新生代前的事件广泛应用的年代 学方法有U-Th-Pb法，Rb-Sr法，Sm-Nd法，K-Ar法等 ，第四纪研究的年代学方法主要为14C法。
87
Rb t e 1) 86 Sr


= 1.4 x 10-11 a-1
因此如果 t < 70 Ga (!!) 简化为:
87Sr/86Sr
= (87Sr/86Sr)o + (87Rb/86Sr)t
y b xm
表明87Sr/86Sr 对87Rb/86Sr为直线关系
Rb－Sr
为了避免因初始锶同位素比值的估计引起的误 差，人们设计了一组全岩样品的Rb-Sr等时线 年龄测定方法，其原理是： 1）所研究的一组样品（岩石或矿物）具有同时 性和同源性； 2）形成时Sr同位素组成在体系内是均一的，因 而有着相同的87Sr/86Sr初始同位素比值； 3 ）体系内化学成分不同， Rb/Sr 比值有差异， 可确保获得一条较好的等时线。 4 ）自结晶以来， Rb、Sr 保持封闭体系，没有 与外界发生物质交换。